Tổng hợp điện hóa và đặc trưng màng hydroxyapatit trên nền hợp kim y sinh

Hiện nay, ngành phẫu thuật chấn thương và chỉnh hình sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau làm nẹp vít cố định, hàn gắn và thay thế xương như thép không gỉ 316L, hợp kim của Coban (CoCrNiMo), titan kim loại và hợp chất của titan (Ti6Al4V, TiN, TiO2). Những loại vật liệu này cần đáp ứng những yêu cầu cơ bản như có đặc tính chống ăn mòn cao, bền cơ học, thích nghi tốt với cơ thể, không bị biến dạng khi tiệt trùng ở nhiệt độ cao và dễ sử dụng. 

Trong những năm gần đây, các chấn thương xương do bệnh lý và tai nạn gây ra ngày càng nhiều, nhu cầu sử dụng vật liệu y sinh ngày càng tăng, đặc biệt là vật liệu y sinh chất lượng cao. Vì vậy, hướng nghiên cứu mới nhằm nâng cao chất lượng cho vật liệu y sinh trên cơ sở kim loại và hợp kim ngày càng được chú trọng nghiên cứu và phát triển mở rộng. Nhiều nghiên cứu về màng y sinh để phủ lên bề mặt các vật liệu đang được tiến hành, trong đó màng y sinh hyđroxyapatit (HAp) được nghiên cứu rộng rãi.  

Trong tự nhiên HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) tồn tại ở dạng khoáng chất, thuộc họ apatit và là thành phần chính của khoáng xương và răng của người và động vật có vú. HAp có tính tương thích sinh học cao, có khả năng tái sinh xương nhanh và có thể tạo liên kết trực tiếp với xương non mà không cần có mô, cơ trung gian. Nhờ những đặc tính này mà HAp được ứng dụng ngày càng nhiều trong y dược học ở các dạng khác nhau: dạng bột dùng làm thuốc bổ sung canxi; dạng gốm dùng để nối xương, chỉnh hình; dạng composit dùng để làm thẳng xương, làm kẹp nối và có thể làm chất mang thuốc; dạng màng phủ trên nền kim loại và hợp kim được sử dụng làm nẹp vít xương trong y sinh. HAp tổng hợp có thành phần tương tự trong xương tự nhiên, do đó khi cấy ghép vào trong cơ thể người giúp cho khả năng liền xương nhanh hơn mà không gây ra những khó chịu hay những tác động không mong muốn cho cơ thể người bệnh.

Qua phân tích, nhận định về tình hình thực tế, nhu cầu sử dụng, tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, do PGS.TS. Đinh Thị Mai Thanh làm chủ trì, đã thực hiện đề tài: “Tổng hợp điện hóa và đặc trưng màng hydroxyapatit trên nền hợp kim y sinh” từ 1/2015 đến 12/2016. 

Mục tiêu đề tài là lựa chọn điều kiện thích hợp để tổng hợp điện hóa màng hydroxyapatit (HAp) trên nền hợp kim y sinh, đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cấy ghép xương. Sau 2 năm thực hiện đề tài đã đạt được các kết quả sau:

• Tổng hợp thành công màng HAp/Ti6Al4V và HAp/CoNiCrMo bằng phương pháp điện hóa.
• Điều kiện tổng hợp màng HAp/Ti6Al4V: 0 ÷ −2 V/SCE, 5 lần quét, 5 mV/s, 50°C. HAp: tinh thể, đơn pha, dạng xương rồng, chúng sắp xếp thành các cụm giống san hô.
• Điều kiện tổng hợp màng HAp/CoNiCrMo: 0 ÷ −1,7 V/SCE, 5 lần quét, 3 mV/s, 50°C. HAp dạng tấm, bề dầy khoảng 8,8 µm, có cấu trúc tinh thể, đơn pha của HAp.
• Kết quả nghiên cứu diễn biến ăn mòn của CoNiCrMo, Ti6Al4V, HAp/CoNiCrMo và HAp/Ti6Al4V trong SBF: HAp có khả năng che chắn tốt cho vật liệu nền, có vai trò như các mầm tinh thể thúc đẩy sự phát triển của các tinh thể apatit mới.

Dưới đây là một số ảnh chụp hình thái học bề mặt của vật liệu trước và sau khi ngâm trong dung dịch mô phỏng dịch cơ thể người SBF.

Ảnh SEM của CoNiCrMo trước và sau 21 ngày ngâm trong dung dịch SBF


Ảnh SEM của HAp/CoNiCrMo trước và sau khi ngâm trong dung dịch SBF với thời gian khác nhau

Ảnh SEM của Ti6Al4V trước và sau 21 ngày ngâm trong dung dịch SBF


Ảnh SEM của HAp/Ti6Al4V trước và sau khi ngâm trong dung dịch SBF với thời gian khác nhau

Các kết quả của đề tài sẽ được thử nghiệm trên động vật, sau đó thử nghiệm lâm sàng trên người, rồi sau đó mới được chuyển giao cho các cơ sở sản xuất dụng cụ y tế để đưa sản phẩm vào thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã được công bố trong 01 công trình trên tạp chí thuộc danh mục SCI-E, 01 công trình trên tạp chí trong nước. Ngoài ra, đề tài đã đào tạo được 01 Thạc sỹ.

Hội đồng Khoa học và Công nghệ cấp VAST họp ngày 01/8/2017 kết luận: Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung theo đăng ký. Sản phẩm đầy đủ, đạt yêu cầu chất lượng. Đề tài có ý nghĩa lớn về kinh tế và có khả năng ứng dụng vào thực tiễn. Hội đồng nghiệm thu đề tài và đánh giá đề tài đạt loại Xuất sắc.

Nguồn tin: PGS.TS. Đinh Thị Mai Thanh 
Xử lý tin: Minh Tâm